2.1.2. Елемент не

Логіка роботи логічного елемента НЕ (інвертора) наведена в табл. 2.3, на основі якої отримано вираз для вихідної булевої функції F= .

Схема елемента НЕ, умовне графічне зображення і часові Таблиця 2.3

X	F
0	1
1	0

діаграми показані на рис. 2.3. Схема елемента НЕ включає: VT1 – кре­м­нієвий транзистор n-p-n типу, резистори в колі колекторного наван­таження R_К і бази R_Б; U_СС – джерело живлення. Таку схему часто нази­вають транзисторним ключем.

Транзистор VT1 може знаходитись в трьох основних режимах: відсічки колекторного струму (закритий стан), насичення ( відкритий стан) і активної роботи ( підсилення). У режимі відсічки колекторний і базовий переходи закриті ( на вхід подано низький рівень напруги U_IL), у колі колектора протікає дуже малий струм колекторного переходу І_К0≤1 мкА і на колекторі транзистора встановлюється високий рівень напруги, що визначається за формулою

U_OH=U_CC- I_K0R_K≈U_CC

У режимі насичення (на вхід подано високий рівень напруги U_OH) на переході база-емітер кремнієвого транзистора пряме падіння напруги дорівнює U_Б0=U^*=0,8 В, через колектор протікає максимально можливий струм, який на­зивається струмом насичення колектора І_КН. Значення цього струму знаходять і з співвідношення

I_KH=(U_CC-U_KH)/R_K,

де U_KH= U_ОL≤0,4 В – напруга на колекторі повністю відкритого транзистора. Наприклад, для типових значень U_CC=5 В, R_K=1 кОм отримаємо струм І_КН≈5 мА. Для отримання даного струму потрібно мінімальний базовий струм наси­чення І_БН, значення якого обчислюють за співвідношенням

І_БН=І_КН/β,

де β – коефіцієнт передачі базового струму в транзисторі, увімкненому за схе­мою із спільним емітером. Для забезпечення надійного насичення транзистора значення базового струму насичення розраховують за співвідношенням

I_БІ=SІ_БН,

де S=3…10 – ступінь насичення. Наприклад, якщо β=50, то І_БН=0,1 мА і прямий струм бази, що вмикає транзистор, I_БІ=0,5 мА для S=5.

Значення опору резистора R_Б отримуємо з умови забезпечення необхід­ного значення вмикаючого струму І_БІ:

R_Б=(U_IH-U^*)/I_БІ.

Для U_IH=5 В, U^*=0,8 В отримаємо R_Б=8,4 кОм.

У режимі насичення в базі транзистора накопичується надлишковий заряд, значення якого пропорційне ступеню насичення. При подачі низького рівня вхідного сигналу транзистор закривається. Проте колекторний струм залишається постійним в інтервалі часу t₂-t₁, який називається часом розсмок­ту­вання t_роз надлишкового заряду в базі (рис. 2.3, в). Після закінчення розсмокту­ва­ння струм спадає і формується фронт вихідного сигналу t_LH. Таким чином, наявність насичення викликає затримку вимикання інвертора, що є недоліком даної схеми.

Зменшення тривалості перехідних процесів забезпечується схемою елемента НЕ (рис. 2.4, а), у якій замість резистора R_Б включено два послідовно увімкнені діоди VD1 і VD2.

Д іоди VD1 і VD2 називаються зміщувальними, оскільки вони зміщують граничний рівень вхідної напруги на значення 2U^*. Ємність С_Б називається при­скорюючою (форсуючою), оскільки вона при вмиканні швидко заряджається, збільшуючи при цьому прямий струм бази >І_Б1, а при вимиканні швидко роз­ряджається, створюючи зворотній, вимикаючий струм І_Б2. Цей струм приско­рює розсмоктування надлишкового заряду в базі транзистора.